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122 mars 20076286.01-Rn024 Présentation hydrologie
Etude de faisabilité du barrage de Bouzina
Hydrologie et régularisation - SynthèseEPFL – 21 juin 2007
22 mars 2007 26286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Points abordés
§ Contexte§ Bassin versant§ Pluviométrie§ Mesures§ Etude des apports§ Etude de régularisation§ Etude des crues§ Synthèse
22 mars 2007 36286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Situation générale
§ Massif des Aurès
22 mars 2007 46286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Bassin versant
§ Bassin versant topographique : 162 km2
§ Altitude moyenne : 1'350 m (de 905 m à 2'321 m)
0.0%
2.5%
5.0%
7.5%
10.0%
12.5%
15.0%
17.5%
20.0%
22.5%
25.0%
27.5%
30.0%
32.5%
35.0%
900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200Altitude [NGA]
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Pourcentage Cumulé
22 mars 2007 56286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Contexte hydrogéologique
§ Sources de Bouzina (Tabgha) : captent la partie amont du synclinal et la gouttière nord§ Source de Menaa :
captent la gouttière sud
22 mars 2007 66286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Bassins versants
§ Ruissellement : 162 km2, dont :èS. Tabgha : 92 km2
èS. Menaa : 13 km2è hors aquifère : 57 km2
§ Sources Tabgha :125 km2, dont :è hors bv topo : 33 km2
22 mars 2007 76286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Données hydro météo
§ Données météorologiques régionales
§ Réseau de mesure spécifique
22 mars 2007 86286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Précipitations – ONM Bouzina
§ Station ONM de Bouzina :§ Moyenne : 277 mm/an (78-2004)§ Estimation incidence
sécheresse : 15%è 318 mm/an
Station pluviométrique ONM de BouzinaPrécipitations annuellesAnnées hydrologiques, période 1978-2004
0
100
200
300
400
500
600
1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
Pluv
iom
étrie
[mm]
Janvier-AoutSeptembre-Decembre
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ETP
§ Carte ANRH è entre 1300 et 1500 mm/an
22 mars 2007 106286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Températures
§ Incidence de la neige sur le comportement du bv è importantes
Etude hydrologique du barrage de BouzinaDesaisonnalisation des températures mesurées à Bouzina (BG)Période 1.12.2004-21.1.2006
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
01.12 04 31.12 04 30.01 05 02.03 05 01.04 05 02.05 05 01.06 05 01.07 05 01.08 05 31.08 05 01.10 05 31.10 05 01.12 05
T m
oyen
jour
Stations de Bouzina (BG) et BatnaComparaison des températures moyennes journalièresPériode 1.12.2004 - 21.1.2006
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
01.12 04 31.12 04 30.01 05 02.03 05 01.04 05 02.05 05 01.06 05 01.07 05 01.08 05 31.08 05 01.10 05 31.10 05 01.12 05 31.12 05
T m
oyen
jour
Mesures BouzinaT Batna
22 mars 2007 116286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Réseau de mesure
§ 3 pluviographes dont 1 avec station météo§ 1 seuil de mesure
de débit(2 prévus)
22 mars 2007 126286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Série de mesure débit
22 mars 2007 136286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Etude des apports
§ Séparation Ruissellement – Sources§ Approche régionale (SPEED)è ruissellement
Ruissellement Vr ≈ 2.36 mio m3/an§ Modélisation continue§ Modèle : constitution et paramétrage§ Constitution des séries de référence§ Résultats
25.0 )5.13( −= PE
22 mars 2007 146286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Principe de modélisation continue
§ Modèle neige§ Séparation pluie neige§ Stock de neige/eau (fonte-regel)§ Réservoir sol (type GR3)§ Séparation pluie infiltrée / ruisselée§ Stock eau dans le sol (ETR, infiltration)§ Ruissellement sur plan§ Réservoir profond (aquifère)
22 mars 2007 156286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Modélisation
§ Routing System 2 (RS2)§ 6 surfaces contributrices§ Découpées en bandes d'altitude (200m)è environ 65 objets
22 mars 2007 166286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Modèle RS2
22 mars 2007 176286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Etude hydrologique du barrage de BouzinaMesures de débits au seuil de BouzinaVidange du réservoir profond
0.01
0.1
1
10
0 30 60 90 120 150 180Temps [jour]
Débi
t moy
en su
r 12h
[m3 /s]
MesuresRéservoir, K = 1/11.5jour
Paramétrage
§ Paramètres globaux (gradient T : 0.6 °C / 100m)
§ Vidange réservoir profondPériode de vidange sans apports§ Dynamique manteau neigeux
An ≈ 2mm/°C/J ( gamme : 1 à 10)§ Réservoirs sols
Echelle annuelle : volumes globauxEchelle mensuelle : répartition saisonnière
22 mars 2007 186286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Résultats : volumes par période
§ Comparaison Mesure – modèle§ Période ≈ mensuelles
§ Satisfaisant§ Volume global§ Répartition saisonnière§ Volume fonte§ Légère surestimation
estivale
Etude hydrologique du barrage de BouzinaComparaison modèle-mesures, Volumes par périodeSeuil de Bouzina, année 2006
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1 2 3 4 5 6 7 8Periode
Volu
me pa
r pér
iode [
mio m
3 ]
ModèleMesure
22 mars 2007 196286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Etude hydrologique du barrage de BouzinaComparaison des séries de débit mesurées et selon modèleSeuil de Bouzina, année 2006, moyenne sur 12h
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
15.3.05 15.4.05 15.5.05 15.6.05 15.7.05 15.8.05 15.9.05 15.10.05 15.11.05 15.12.05 15.1.06
Débi
t [m3 /s]
Mesures Bouzina
Modèle
3 4 5 6 7 82
Résultats : débits journaliers
Un peu moins bon :§ Dynamique fine de la fonte : § pas de temps
(heures chaudes)
§ Orages intenses :§ pas de temps
(infiltration plus queruissellement)
§ Petites pluies automne§ Réservoir profond
très lent lorsque quasi-vide
§ Adapté à l'étude des apports : Mais pas au crues …
22 mars 2007 206286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Série de longue durée : pluie
§ Base :série ONM Bouzina§ Pour chaque année : Tirages indépendants parmi 26 de :§ l'automne, § l'hiver-printemps
§ Moyenne :287 mm/an
Etude hydrologique du barrage de BouzinaSérie pluviométrique synthétique
0
100
200
300
400
500
600
2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 2140 2160
Préc
ipita
tions
[mm]
Janv.-aoutSept-déc
22 mars 2007 216286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Série de longue durée : T
§ Composante saisonnière§ Composante d'autocorrélation§ Composante aléatoire
Etude hydrologique du barrage de BouzinaDesaisonnalisation des températures mesurées à Bouzina (BG)Période 1.12.2004-21.1.2006
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
01.12 04 31.12 04 30.01 05 02.03 05 01.04 05 02.05 05 01.06 05 01.07 05 01.08 05 31.08 05 01.10 05 31.10 05 01.12 05 31.12 05 30.01 06
T m
oyen
jour
MesuresSinus
Etude hydrologique du barrage de BouzinaTempératures à Batna: résidus à l'ajustement SinusAutocorrélation des résidus, période 1978-2004 y = 0.7934x
R2 = 0.6296
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12Résidu jour j [°C]
Résid
u jo
ur j+
1 [°C
]RésiduLinéaire (Résidu)
Etude hydrologique du barrage de BouzinaTempératures à Batna: résidus après désaisonnalisation et autocorrélation, Ajustement à une loi normale, période 1978-2004
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4v variable réduite de Gauss
Résid
us [°
C]
Résidu 2
22 mars 2007 226286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Série de longue durée : T
§ Séries mesurées et synthétiques similaires
Etude hydrologique du barrage de BouzinaSérie de températures mesurées à BatnaPériode 1978-2004, extrait 1991-1996
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
01.01 91 01.01 92 31.12 92 31.12 93 31.12 94 31.12 95 30.12 96
T m
oyen
jour
Températures journalières à BatnaSinus
Etude hydrologique du barrage de BouzinaSérie synthétique de températureExtrait années 16 à 21
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
01.01 16 31.12 16 31.12 17 31.12 18 31.12 19 30.12 20 30.12 21
T m
oyen
jour
Série synthétiqueSinus
22 mars 2007 236286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Application
§ Calcul pas de temps 12h sur 162 ans§ Résultats typiques
Etude hydrologique du barrage de BouzinaSérie d'apports simulésExtrait années 1 à 6
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
01.01.2000 01.01.2001 01.01.2002 01.01.2003 01.01.2004 01.01.2005
Débi
t [m3 /s]
22 mars 2007 246286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Application : volumes annuels (1/3)
Barrage de Bouzina, Série d'apports synthétiquesVolumes annuelsRun 2006.11.12 21:45
0
2
4
6
8
10
12
14
2000
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
2016
2018
2020
2022
2024
2026
2028
2030
2032
2034
2036
2038
2040
2042
2044
2046
2048
2050
2052
2054
2056
2058
Volu
mes
annu
els [m
io m3 ]
VrIntermediaireVrseuilVsources
Années 000-059
22 mars 2007 256286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Répartition des volumes
§ Corrélation médiocre entre sources et ruissellement hors années sèches
§ "Le ruissellement fait les années humides"§ "Les sources assurent les années sèches"
Barrage de Bouzina, série d'apports synthétiquesVolumes annuels, comparaison Sources/RuissellementRun 2006.11.12 21:45
y = 1.5641x0.3842
R2 = 0.8929
0
1
2
3
4
5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Volume ruisselé [mio m3/an]
Volu
me s
ourc
es [m
io m3 /am
]
22 mars 2007 266286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Apports : synthèse
§ Apports au barrage :§ Moyenne : 4 mio m3/an§ Médiane : 3 mio m3 /an
Volumes [106 m3] Barrage Seuil Sources Ruissellement Seuil
Ruissellement Inter
Ruissellement Total
Moyenne 4.09 2.24 1.87 0.38 1.85 2.23 1er quartile (25%) 1.57 1.20 1.12 0.07 0.36 0.43
Médiane 2.87 1.86 1.65 0.19 0.94 1.13 3ème quartile (75%) 6.38 3.07 2.43 0.64 3.20 3.84
22 mars 2007 276286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Sédiments
§ Synthèse régionale : concentration de 35 g/l
§ Appliqué au ruissellement seul sur 50 ans, densité 1.25 :è 3.2 mio m3 sur 50 ans
Station S km2 Source C g/l Type de bassin/d'oued
Morri 070404 25 [2] 31 BV plat/ Berges à vif. Yabous 070601 77 [2] 2.3 Montagne/ Lit plat. Reboa 070403 296 [1] 8.4 Ain Zerga 120509 49 [2] 8.6 Montagne/ Lit ensablé. Ain Erkel 120515 16 [2] 0.6 Rocher/ Lit rocheux. Soubella 051101 176 [1] 2.0 Plateaux/ Ksob (à confirmer) 1470 [3] 10 Plateaux/ Foum El Guerza 1300 [3] 35 Montagne/
22 mars 2007 286286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Régularisation
§ Démarche :§ Modélisation à pas de temps journalier
§ Demande non fixée :è Recherche d'un volume
utile optimal
22 mars 2007 296286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Demande
§ Objectif fondamentalement agricole. § Répartition admise :§ Irrigation : 5 / 6§ AEP : 1/ 6
§ Répartition saisonnière :
Mois mm/jour mm/mois Janvier 1.065 33 Février 1.679 47 Mars 2.806 87 Avril 4.367 131 Mai 5.613 174 Juin 7.100 213 Juillet 7.774 241 Août 6.871 213 Septembre 5.033 151 Octobre 2.968 92 Novembre 1.633 49 Décembre 1.032 32
22 mars 2007 306286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Objectifs de satisfaction
§ Irrigation : 80 %§ AEP : 90 %
§ Critère de satisfaction : nombre d'années sans problème§ Année avec problème : plus de 10 jours ou l'on fourni moins de
80 % de la demande
§ Priorité à l'AEP si le barrage est très bas
∑ ∑
⋅−=
années jour idemande
ifourniannées V
Vsi
ansD 108.01
17711
,
,fp
22 mars 2007 316286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Caractérisation de la retenue
§ Relation hauteur-volume Retenue de Bouzina
Profondeur du barrage / Volume stocké
-
2 000 000
4 000 000
6 000 000
8 000 000
10 000 000
12 000 000
14 000 000
16 000 000
18 000 000
20 000 000
22 000 000
0 10 20 30 40 50 60
Profondeur (ref : 997 m NGA)
Vol
ume
rete
nue
[m3]
formule
Mesuré
22 mars 2007 326286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Estimation du volume de l'ouvrage
§ Base : barrage poids béton§ Relation Vbéton = f (Zcouronnement)§ Hypothèse :
Couronnement = RN + 3m§ Autres éléments invariants
§ Base raisonnable pour lacomparaison des coûts
Barrage de BouzinaEstimation préliminaire du volume de l'ouvrage
y = 0.0656250x2 - 132.0300500x + 66423.0880000
0
20
40
60
80
100
120
140
160
1015 1020 1025 1030 1035 1040 1045 1050 1055
Cote couronnement [m NGA]
V bé
ton
[ x 1
'000
m3 ]
22 mars 2007 336286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Régularisation : résultats typiques
22 mars 2007 346286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Régularisation : résultats bruts
§ 3 mio m3 permet de fournir 2 mio m3/an§ 7 mio m3 permet de fournir 3 mio m3/an§ 14 mio m3 permet de fournir 3.6 mio m3/an
Objectif Retenue AEP Irrigation TotalDemande Crete Vutile Fourni AEP Déficit Fourni Déficit total en % des
volume régularisé souhaité
années avec plus de 10 j
déficitaires
Irrigation années avec plus de 10 j
déficitaires
fourni apports
mio m3/an m m3/an m3/an % années % années m3/an %
3.60 1 044.50 14 583 547 586 855 9.6% 2 804 774 13.7% 3 391 629 77.4%3.30 1 039.25 9 750 224 537 959 10.3% 2 551 508 18.5% 3 089 466 70.5%3.00 1 036.00 7 233 782 489 832 10.3% 2 314 409 17.8% 2 804 242 64.0%2.70 1 033.75 5 691 461 442 105 10.3% 2 103 624 17.8% 2 545 729 58.1%2.40 1 031.00 4 016 904 392 648 10.3% 1 840 338 19.9% 2 232 986 51.0%2.10 1 029.50 3 196 819 341 093 9.6% 1 631 875 19.9% 1 972 968 45.0%1.80 1 027.75 2 319 712 294 290 10.3% 1 389 641 19.2% 1 683 931 38.4%
22 mars 2007 356286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Résultats : volumes utiles
§ Volumes demandés :Total de la demande§ Volumes fournis :
En intégrant les déficits
Barrage de Bouzina, Volume régularisé et volume de retenueVolumes demandées (AEP = 1/6, irrigation = 5/6) et fournis%satisfaction = 90%(AEP), 80% (Irrigation)
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16Volume utile de retenue [ x 106 m3]
Volu
mes
régu
larisé
s [x 1
06 m3 /a
n ]
Demandefourni
22 mars 2007 366286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Résultats : répartition des volumes
§ L'évaporation représente la majeur partie des pertessi Vdemande > 3 mio m3/an
Barrage de Bouzina, répartition des apportsEvolution en fonction de la demande globale
0%
20%
40%
60%
80%
100%
3.603.303.002.702.402.101.80Demande globale [mio m3/an]
Volu
mes
moy
ens [
% d
es a
ppor
ts]
Evaporation-pluieDéverséFourni IrrigationFourni AEP
22 mars 2007 376286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Résultats : efficacité marginale
§ Pour 1 m3 de béton en plus,combien de m3/an fournis en plus ? Barrage de Bouzina, Volume régularisé et volume d'ouvrage
Efficacité marginalem 3 fourni supplémentaire par m 3 d'ouvrage supplémentaire
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120 140Volume d'ouvrage [ x 1'000 m3 béton ]
Effic
acité
mar
gina
le [m
3 fourn
i par
an / m
3 béton
]
22 mars 2007 386286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Résultats : efficacité marginale
§ configuration raisonnable "basse" :§ demande globale de 2.4 mio m3§ cote de couronnement : 1 034.00 mNGA
(hauteur : environ 49 m)§ volume utile de retenue : 4.0 mio m3,
(7.2 mio m3 en intégrant la tranche morte)
§ configuration raisonnable "haute" :§ demande globale de 3.0 mio m3§ cote de couronnement : 1 039.00 mNGA
(hauteur : environ 54 m)§ volume utile de retenue : 7.2 mio m3,
(10.5 mio m3 en intégrant la tranche morte)
Barrage de Bouzina, Volume régularisé et volume d'ouvrageEfficacité marginale en fonction de la cote de couronnementm 3 fourni supplémentaire par m 3 d'ouvrage supplémentaire
0
10
20
30
40
50
60
1030 1035 1040 1045 1050cote de couronnement [ m NGA ] (estimé à RN +3m)
Effic
acité
mar
gina
le [m
3 fourn
i par
an / m
3 béton
]
22 mars 2007 396286.01-Rn024-Présentation hydrologie
Synthèse
§ Pluviométrie moyenne : 300 mm/an
§ Apports annuels des sources : § 2.24 mio m3/an (moyenne) § 1.86 mio m3/an (médiane)
§ Apports annuels au barrage : § 4.0 mio m3/an (moyenne) § 3.2 mio m3/an (médiane)
§ Volume régularisé : 3.0 mio m3/an§ Volume total de la retenue :
10.3 à 11.8 mio m3
(dont 3.2 mio m3 de volume mort)
§ Cote de retenue normale : 1036 à 1038 m§ Crues :§ Chantier : 250 m3/s (selon type ouvrage)§ Crue de projet: 1750 m3/s, 27 mio m3
§ Hauteur de barrage : de l'ordre de 54 à 56 m (a affiner selon étude laminage)